Influence of the type of livestock by-products on biogas yield and composition

Abstract

The study of the effects of various types of animal waste on the quantity and composition of biogas is significant and relevant for optimising anaerobic fermentation processes, increasing the efficiency of biogas production and adapting technologies to farm conditions. The purpose of this study was to evaluate the effects of livestock by-products, specifically cattle manure, pig manure, and chicken manure, on the quantity and quality of biogas produced. The methods employed in the study included statistical analysis, gas analysis, and fermentation. The study analysed the physicochemical properties of several types of raw materials for biogas production. The study found that chicken manure had the highest potential for biogas production due to its high content of volatile solids (25-30%) and the optimum ratio of methane in the biogas composition (65%). Cattle manure was characterised by a stable average biogas yield (0.15-0.18 m3/kg volatile solids in feedstock (VT, %)), while pig manure had the lowest yield (0.12-0.14 m3/kg volatile solids in feedstock). According to the study results, the addition of carbonaceous materials (e.g., chopped straw) improved the carbon to nitrogen ratio to optimise the fermentation process. The analysis of the organic matter content before and after fermentation revealed a significant decrease for chicken manure (51%), which indicated the effectiveness of biodegradation. The study included an assessment of the composition of biogas, including methane (50-65%), carbon dioxide (30-40%), and hydrogen sulphide (1-3%). The change in pH in all types of raw materials after fermentation indicated that the environment in the bioreactors had stabilised, providing favourable conditions for microorganisms. The findings of this study can be used in practice by ecologists, agronomists, livestock technologists, and biogas producers to create energy-independent farms through the integration of biogas plants into farms.

-

Дослідження впливу різних видів відходів тваринного походження на кількість та склад біогазу є важливим і актуальним для оптимізації процесів анаеробного бродіння, підвищення ефективності виробництва біогазу та адаптації технологій до умов господарств. Метою роботи була оцінка впливу побічних продуктів тваринництва, зокрема гною великої рогатої худоби, свинячого гною та курячого посліду на кількість і якість отриманого біогазу. В ході дослідження застосовувалися методи: статистичний аналіз, метод газоаналізу і ферментації. Під час проведення дослідження проаналізовані фізико-хімічні властивості різних видів сировини для виробництва біогазу. Встановлено, що курячий послід мав найвищий потенціал для утворення біогазу через високий вміст летких твердих речовин (25-30 %) і оптимальне співвідношення метану в складі біогазу (65 %). Також виявлено, що гній великої рогатої худоби характеризувався стабільним середнім рівнем виходу біогазу (0.15-0.18 м3/кг маса летких твердих речовин у сировині (VT, %)), тоді як свинячий гній мав найнижчий вихід (0.12-0.14 м3/кг маса летких твердих речовин у сировині). Згідно з результатами дослідження продемонстровано, що додавання вуглецевих матеріалів (наприклад, подрібненої соломи) сприяло покращенню співвідношення вуглецю до азоту для оптимізації ферментаційного процесу. Проведений аналіз вмісту органічної речовини до та після ферментації показав значне її зниження для курячого посліду (51 %), що свідчило про ефективність біологічного розкладу. Дослідження включало оцінку складу біогазу, зокрема метану (50-65 %), вуглекислого газу (30-40 %) і сірководню (1-3 %). Зміна показників pH у всіх типах сировини після ферментації вказувала на стабілізацію середовища в біореакторах, що забезпечило сприятливі умови для мікроорганізмів. Результати дослідження можуть бути використані на практиці екологами, агрономами, технологами тваринництва і виробниками біогазу з метою створення енергетично незалежних господарств через інтеграцію біогазових установок у фермерські господарства.